Question

7．活潑金屬的碳化物都是易水解的物質(zhì)，例如：
Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑
Mg₂C₃+4H₂O→2Mg（OH）₂+C₃H₄↑ 
完成下列計算：
（1）如果需要制取10.08L的乙炔（標準狀況下），至少需要30g CaC₂含量為96%的電石．
（2）金屬碳化物Al₄C₃與Mg₂C₃組成的混合物與一定量的水反應，實驗數(shù)據(jù)如下：

實驗組號	①	②	③	④
碳化物（g）	7.8	15.6	23.4	31.2
水（mL）	18	18	a	a
氣體（L/標況）	2.8	5.6	7	7

計算：
①混合物中Al₄C₃與Mg₂C₃的物質(zhì)的量之比=1：2；
②a=22.5g；
（3）甲烷通過激光分解可制得乙炔．
主反應：2CH₄→C₂H₂+3H₂；副反應：CH₄→C（s）+2H₂．
在一燒瓶中加入Al₄C₃與CaC₂組成的混合物，再向燒杯中加入足量的水，充分反應后，燒瓶質(zhì)量減輕了7.4g，同時收集到氣體8.96L（折算為標況）．通過激光分解后，得到的氣體的平均相對分子質(zhì)量為11，同時有0.03g碳生成，計算甲烷的分解率．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計算出乙炔的物質(zhì)的量，再結合反應方程式CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+C₂H₂↑計算出需要CaC₂含量為96%的電石的質(zhì)量；
（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，①②中碳化物不足，水過量，可設出①中Al₄C₃、Mg₂C₃的物質(zhì)的量，然后分別根據(jù)質(zhì)量和生成氣體體積列式計算；
②根據(jù)反應Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑、Mg₂C₃+4H₂O→2Mg（OH）₂+C₃H₄↑可知，參與反應的水的物質(zhì)的量是生成氣體的物質(zhì)的量的4倍，據(jù)此計算出水的物質(zhì)的量及質(zhì)量；
（3）發(fā)生反應為：反應Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑、CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+C₂H₂↑；燒瓶質(zhì)量減輕了7.4g，減輕的質(zhì)量為生成氣體的質(zhì)量，根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計算出生成甲烷和乙炔的總物質(zhì)的量，然后設甲烷的物質(zhì)的量為x、乙炔的物質(zhì)的量為y，分別根據(jù)質(zhì)量和氣體的量列式計算出生成甲烷和乙炔的物質(zhì)的量；再根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算出C的物質(zhì)的量、設出主反應中分解的甲烷為的物質(zhì)的量，分別根據(jù)反應甲烷分解的方程式計算出分解后混合氣體中含有乙炔、甲烷和氫氣的物質(zhì)的量，再結合平均分子質(zhì)量及質(zhì)量守恒列式計算出主反應中分解的甲烷的物質(zhì)的量，最后計算出甲烷分解的總物質(zhì)的量及分解率．

解答 解：（1）標況下10.08L乙炔的物質(zhì)的量為：$\frac{10.08g}{22.4L/mol}$=0.45mol，設需要CaC₂含量為96%的電石的質(zhì)量為xg，根據(jù)反應CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+C₂H₂↑可知，$\frac{96%x}{64}$=0.45mol，解得：x=30
答案為：30
2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，①②中隨著碳化物質(zhì)量的增加，生成氣體體積增大，③④中生成氣體體積相等，而碳化物的質(zhì)量不同，說明①②中碳化物不足、水過量，而③④中水完全反應，碳化物過量，
設①中Al₄C₃、Mg₂C₃的物質(zhì)的量分別為x、y，根據(jù)質(zhì)量可得：144x+84y=7.8，根據(jù)生成氣體體積可得：3x+y=$\frac{2.8}{22.4}$=0.125，聯(lián)立解得：x=0.025mol、y=0.05mol，故混合物中Al₄C₃與Mg₂C₃的物質(zhì)的量之比為：0.025mol：0.05mol=1：2，
故答案為：1：2；
②根據(jù)反應Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑、Mg₂C₃+4H₂O→2Mg（OH）₂+C₃H₄↑可知，參與反應的水的物質(zhì)的量是生成氣體的物質(zhì)的量的4倍，③④中水不足，完全反應，則參與反應的水的物質(zhì)的量為：$\frac{7L}{22.4L/mol}$×4=1.25mol，水的質(zhì)量為：22.5g，
故答案為：22.5g；
（3）燒瓶質(zhì)量減輕了7.4g，減輕的質(zhì)量為生成氣體的質(zhì)量，根據(jù)反應Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑、CaC₂+2H₂O=Ca（OH）₂+C₂H₂↑可知，生成氣體為乙炔和甲烷，總物質(zhì)的量為：$\frac{8.96L}{22.4L/mol}$=0.4mol，設甲烷的物質(zhì)的量為x、乙炔的物質(zhì)的量為y，則x+y=0.4、16x+26y=7.4g，聯(lián)立解得：x=0.3mol、y=0.1mol，
0.03gC的物質(zhì)的量為：$\frac{0.03g}{12g/mol}$=0.0025mol，根據(jù)副反應CH₄→C（s）+2H₂可知，反應分解的甲烷的物質(zhì)的量為0.0025mol，生成氫氣的物質(zhì)的量為：0.0025mol×2=0.005mol，
設主反應2CH₄→C₂H₂+3H₂中甲烷分解的物質(zhì)的量為xmol，則反應生成乙炔的物質(zhì)的量為0.5xmol，生成氫氣的物質(zhì)的量為1.5xmol，
甲烷分解后的氣體中含有乙炔的物質(zhì)的量為：（0.1+0.5x）mol，甲烷的物質(zhì)的量為：（0.3-x-0.0025）mol=（0.2975-x）mol，氫氣的物質(zhì)的量為：（0.005+1.5x）mol，分解后氣體的質(zhì)量為：7.4g-0.03g=7.37g，
根據(jù)平均分子質(zhì)量為11，平均摩爾質(zhì)量為11g/mol，則：11g/mol×（0.1+0.5x+0.2975-x+1.5x+0.005）mol=7.37g，解得：x=0.272mol，
甲烷分解的總物質(zhì)的量為：0.272mol+0.0025mol=0.2745mol，
所以甲烷的分解率為：$\frac{0.2745mol}{0.3mol}$×100%=91.5%，
答：甲烷的分解率為91.5%．

點評 本題考查了混合物反應的計算，題目難度較大，注意明確討論法、平均摩爾質(zhì)量及質(zhì)量守恒定律在化學計算中的應用，（3）為難點，涉及的計算量較大，充分考查了學生的分析、理解能力．